某公路隧道通風風壓計算與施工布置

摘要 為了進一步加強隧道標準化建設及規范隧道施工質量安全管理，針對隧道施工的不確定性和高風險性，加強施工信息化系統建設，實行圍巖與支護結構監控量測、人員定位和安全管理以及施工質量管理的信息化，通過隧道通風風壓計算選擇最優施工方案可以及時有效地指導和控制施工，降低質量安全風險，并根據隧道通風風壓變化，不斷進行施工組織設計優化。

關鍵詞 隧道通風；風壓計算；施工布置

中圖分類號 U455 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）07-0106-03

0 引言

隧道通風阻力包括摩擦阻力、局部阻力，為保證將所需風量送到工作面并達到規定的風速，通風機應有足夠的風壓以克服管道系統阻力，即hgt;h阻。H總阻=Σh局+Σh摩，摩擦阻力在風流的全部流程內存在如分支、拐彎、風流受到其他阻礙的部位。通過隧道通風風壓計算使工序銜接，不論勞動力組織還是機具設備工期安排都有利于施工生產。風量計算從四個方面予以考慮，即按隧道要求最低風速計算得Q1；按隧道最多工作人員數計算得Q2；按排除爆破炮煙計算得Q3；按稀釋內燃機廢氣計算得Q4。

1 隧道通風風壓計算

1.1 計算參數

供給每人的新鮮空氣量按m=4 m3/min計。

隧道施工通風最小風速按vmin=0.15 m/s。

隧道最小允許風速為0.15 m/s。

隧道內氣溫不超過28 ℃。

隧道最大開挖面積按S=107.6 m2計。

風管百米漏風率β＝1%。

風管內摩擦阻力系數為λ＝0.007 8。

風筒直徑為D=1.5 m。

1.2 風壓計算

C=ρ×L=1×649=649 Pa

W=C/（2×D）=649/（2×1.5）=216 Pa

S風管=π（D/2）2=1.766 m2

=Q需/S風管/100=2 859/1.766/100=16.2 m/min

H摩=λ×W×2=0.007 8×216×16.22=442 Pa

式中，ρ—空氣密度（kg/m3）；D—風管直徑（m）；—風管內平均風速。

系統風壓H=h摩+h局+h正+h其他

為簡化計算，取H=1.2H摩

H=1.2H摩=1.2×442=530 Pa

1.3 風機功率計算

風機功率計算公式：W=QHK/60η=2 859×530×1.05/

（60×η）/1 000=33.15 kW

式中，Q—風機供風量（m3/min）；H—風機工作風壓（Pa）；η—風機工作效率；K—功率儲備系數。

1.4 通風設備選擇

風機應滿足風量Q=2 859 m3/min，風壓530 Pa，功率33.15 kW。

1.5 通風系統設備配置

依據上述計算，根據施工距離及出碴方式，考慮經濟合理，計算出施工通風設備配備。見表1。

1.6 風機位置

按照隧道出口端地形，考慮到洞口形式為端墻式明洞，風機設置在距隧道洞口10 m處[1-3]，洞口段30 m通風管采用鋁合金管，其他通風管采用軟管，通風管直徑1.5 m[4-5]。

2 隧道工程施工組織

全線隧道共2座，其中長隧道1座（范火泉隧道左線1 555 m，右線1 472 m），中隧道1座（核桃巖隧道左線850 m，右線760 m）。隧道隊伍分為2家，隧道1隊組織實施核桃巖隧道，由隧道出口進行雙洞掘進；隧道2隊由范火泉隧道進口組織雙洞掘進[6-8]。配備掛布臺車、開挖臺車、二襯臺車、養護臺車、濕噴機、挖機、裝載機、自卸車等機械設備，勞務人員高峰期達到170人，滿足施工需求[9-11]。為確保工期，在范火泉隧道左側500.0 m以外修建一座臨時炸藥庫，由項目部專人看管。范火泉隧道：隧道左洞全長1 555.0 m，右洞全長1 472.0 m。核桃巖隧道：隧道左洞全長850.0 m，右洞全長760.0 m。兩座隧道左洞全長2 405.0 m，右洞全長2 232 m，是該項目的控制性工程，也是難點工程，尤其是隧道施工的安全管控問題[12-14]。從監控量測、爆破開挖到支護襯砌，從現場施工班組人員到管理人員，施工安全管控點多面廣。為保證隧道安全施工必須全方位、多層次、寬領域地做到宣傳到位、交底到人、監督到人、落實到人[15-16]。見表2、表3。

2.1 核桃巖隧道

隧道左洞全長850 m，右洞全長760 m。進入隧道地形崎嶇復雜，地處國有林場及交口林業局范圍內，須通過4.5 km的施工便道方可到達核桃巖隧道進口，場站、便道因林地問題無法先行建設，地質條件較復雜。

2.2 范火泉隧道

隧道左洞全長1 555 m，右洞全長1 472 m。進入隧道地形崎嶇復雜，地處國有林場及交口林業局范圍內，須通過14.6 km的施工便道方可到達范火泉隧道進口，場站、便道因林地問題無法先行建設。難度系數大，是項目的控制性工程。

2.3 施工組織

全線共20座橋梁，40道涵洞，地形起伏變化較大，溝壑縱橫，進入施工現場需修筑15 km的主便道，與各結構物高差高達75～90 m。經實地勘測，棄土場、15座橋梁、16道涵洞需單獨修建施工支便道，長度約為48.0 km。便道施工工程量大，工期影響大[17]。該項目棄方逾6 000 000 m3，工程量大，設計棄土場為8處，占用林地多，占地費用大，水保、環保要求高。經勘察，設計棄土場位置距主線較遠，便道修建損毀林地多，多無法修建，已與建設單位溝通重新規劃，并根據地形圖結合現場實際繼續優化，盡快確定方案，施工過程中嚴格有關棄土場的相關要求，把棄土場工作作為重要工作。

2.3.1 隧道施工主便道

（1）從項目起點（A匝道起點）大麥郊河道為主便道使用，長約7.5 km。從紅回線岔路口至1號拌和站，由于周邊村莊較多，村民的蔬菜菌菇大棚在便道左側，因菌菇生長環境要求高，行車后灰塵污染嚴重，經多次灑水作用不明顯，造成村民多次阻攔施工，為保證正常施工，計劃在該段鋪設15 cm厚C15混凝土硬化，路面寬6.5 m。

（2）從后山底村沿路線方向平行于路線縱向修筑，延伸至范火泉隧道進口至S321省道。新建主便道設計長度7.7 km，計劃在該段鋪設15 cm厚固廢水泥混凝土基層，路面寬6.5 m。

（3）從S321省道通往范火泉隧道出口端新建主便道，長度2.2 km，計劃在該段鋪設15 cm厚固廢水泥混凝土基層，寬6.5 m。

2.3.2 隧道施工支便道

根據設計圖紙，橋梁及隧道支便道以主便道為基準，沿等高線延伸至各個結構物，因路線彎道多、半徑小，考慮旋挖鉆機、吊車、混凝土罐車、塔吊等大型設備進場及施工問題，需新建15條支便道，長度17.4 km，路面寬度6.5 m，結構層為20.0 cm厚固廢水泥混凝土基層（高差較大的需進行混凝土硬化）。

2.3.3 其他便道

（1）涵洞支便道同樣以主便道為基準，結合路基施工進度同步進行，設計圖中設計的涵洞施工支便道，長度約9.4 km，修筑寬度6.5 m，結構層為20.0 cm厚固廢水泥混凝土基層。

（2）棄土場支便道，根據送審稿圖紙，原設計中的8處棄土場需新增修建施工支便道7.8 km。

3 結語

綜上所述，通過計算掌子面工作風量不得小于2 859 m3/min，風機全壓大于530 Pa，綜合計算數據對比隧道施工風機的技術性能參數，選用SDF-Ⅲ-NO14軸流風機，通風管采用直徑1.5 m，可滿足通風要求，同時根據現場實際施工需要，隧道內可配置視頻系統，實行隱蔽工程施工可視化監控管理。建立隱蔽工程施工過程照片和影像記錄資料庫以保證施工過程可溯可查。

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